High dynamic range imaging: differenze tra le versioni

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[[File:Old saint pauls 1.jpg|thumb|175px|right|Una fotografia HDR della Chiesachiesa di [[Old Saint Paul's]] a [[Wellington (Nuova Zelanda)|Wellington]]]]

[[File:HDRI-Example.jpg|300pxupright=1.4|thumb|right|Le sei esposizioni usate per creare l'immagine sopra; i tempi di esposizione (dall'alto a sinistra) sono: 1/40 s, 1/10 s, 1/2 s, 1 s, 6 s, 25 s]]

L{{'}}'''HDR''', [[acronimo]]sigla di '''''Highhigh Dynamicdynamic Rangerange''''' ('''Ampia Gamma Dinamica'''), è una tecnica utilizzata in [[grafica computerizzata]] e in [[fotografia]] per ottenere un'immagine in cui l'[[Intervallo dinamico#Fotografia|intervallo dinamico]], ovvero l'intervallo tra le aree visibili più chiare e quelle più scure, sia più ampio dei metodi usuali.

TaliLe tecniche per la creazione di una HDRI si basano principalmente sull'idea di prendereeffettuare scatti multipli dello stesso soggetto inma modoa dadiverse compensareesposizioni, conin lemaniera diversetale esposizionida delle diverse immagini,compensare la perdita di dettagli nelle zone sottoesposte o sovraesposte di ciascuna singola immagine.

La successiva elaborazione della serie di immagini, consente di ottenere un'unica immagine con una corretta esposizione sia delle aree più scure che di quelle più chiare.

== Storia ==

L'uso dell'HDR in [[grafica computerizzata]] venne introdotto da [[Paul Debevec]], probabilmente la prima persona a creare immagini usando la mappatura HDR per visualizzare realisticamente le luci e animare gli oggetti. [[Gregory Ward]] invece è il creatore del formato di memorizzazione per le immagini HDR.

== Confronto con le tradizionali immagini digitali ==

Le informazioni memorizzate in un'immagine HDR di solito corrispondono ai valori fisici della [[Luminosità (teoria dei colori)|luminosità]] e della [[radianza]] che possono essere osservateosservati nel mondo reale; in questo differiscono dalle informazioni memorizzate nelle normali immagini digitali, che memorizzano solo quali colori vanno riprodotti sullo schermo.

Le immagini HDR richiedono un maggior numero di [[bit]] per colore delle tradizionali immagini, per via del fatto che rappresentano valori da <math>10^{-4}</math> a <math>10^8</math> (i valori della luce visibile) o più.

Numeri a [[16-bit]] o a [[32-bit]] [[floating point]] sono spesso utilizzati per rappresentare i [[pixel]] HDR. In ogni caso, utilizzando l'appropriata funzione di trasferimento, i pixel HDR possono essere rappresentati a 10-12 bit di luminosità e a 8 bit per la componente colore senza alcuna variazione visibile<ref>[http://www.anyhere.com/gward/hdrenc/hdr_encodings.html Encoding]</ref> <ref>[http://www.mpi-sb.mpg.de/resources/hdrvideo/ Perception-motivated High Dynamic Range Video Encoding]</ref>.

== Algoritmi ==

{{F|informaticacomputer grafica|aprile 2013}}

Le immagini HDR vengono realizzate mediante l'uso di '''formule''' o '''algoritmi''' che ci danno la possibilità di elaborare le immagini allo scopo di ottenere diversi risultati. Ogni algoritmo è gestito da una formula studiata generalmente da un gruppo di persone il cui referente principale è quello che dà il nome alla stessa e che ritroviamosi ritrova nell'elenco dei vari programmi che consentono questa elaborazione.

La descrizione matematica di tali algoritmi in genere è rintracciabile con una certa facilità, spesso on line; meno semplice è reperire informazioni che descrivano gli algoritmi in maniera facilmente interpretabile, così da capire che genere di risultato sia possibile ottenere. È allora importante testarli più volte, su varie immagini e con varie impostazioneimpostazioni dei parametri, e confrontare i risultati.

* ''Mantiuk '06'': Questo algoritmo agisce sul contrasto dell'immagine, evidenziando i dettagli in tutte le zone, ma senza evidenziare aloni nelle zone con forti variazioni. Il parametro "Contrast Equalization" consente di ottenere un'immagine più chiara, ma generalmente poco bilanciata nell'illuminazione, per cui è sconsigliato utilizzarlo. Il "Contrast Factor" agisce sul contrasto, facendo diminuire le variazioni all'aumentare di questo valore. Il "Saturation Factor" varia la saturazione del colore dell'immagine. Valori più elevati rafforzano il colore, ma se si esagera l'immagine risultante potrebbe risultare davvero poco realistica. Il "Detail Factor" serve a specificare il livello di dettaglio. Aumentarlo significa evidenziare molti più dettagli, ma anche i disturbi presenti nell'immagine, quindi utilizzatelo con cautela.

* ''Mantiuk '08'': Questo algoritmo agisce invece sulla luminosità dell'immagine per rendere la curva il più compatibile possibile con il display utilizzato per la visione. Infatti il primo parametro da scegliere è proprio il tipo di display . Il risultato è più luminoso, ma meno contrastato rispetto alla formula di prima. La "Saturazione Colore" agisce come nel caso precedente. Il "Miglioramento Contrasto" fornisce un contrasto più accentuato all'aumentare del valore di questo parametro. "Livello Luminanza" consente di aumentare ulteriormente la luminosità del risultato e può essere utile in caso di immagini estremamente scure.

* ''Fattal'': Anche questa formula agisce sulla luminosità dell'immagine. È la formula che più di tutte riesce a visualizzare dettagli sia in ombra sia in piena luce, ma evidenzia anche in modo esagerato le forti variazioni di contrasto (generando aloni) e i disturbi presenti nell'immagine. Per un risultato più pulito i programmatori hanno deciso di variare leggermente la formula, rendendola però più complessa e quindi lunga da elaborare. Da notare che quest'algoritmo dipende fortemente dalle dimensioni del risultato finale, per cui conviene utilizzare fin dall'inizio le dimensioni che si desiderano ed eventualmente fare le prove solo in una piccola zona per test rapidi, come descritto nell'articolo precedente. "Alpha" agisce sulla luminosità globale dell'immagine. "Beta" varia invece il livello di dettaglio del risultato finale. "Saturazione Colore" agisce come al solito sull'intensità del colore. "Noise Reduction" consente di calare leggermente l'evidenziazione dei disturbi, ma a discapito della nitidezza dell'immagine finale. "Vecchio Fattal" fa utilizzare al programma la formula originale. È leggermente più rapida, ma evidenzia maggiormente i disturbi.

* ''Drago'': Simile al Fattal, ma molto meno potente. In compenso è rapidissimo nell'esecuzione. Non evidenzia però i dettagli presenti nell'immagine. Si può utilizzare come sostituto del Fattal nel caso l'immagine da elaborare non contenga dettagli che vogliamoda evidenziare, oppure nel caso l'immagine da elaborare contenga molti disturbi e quindi il Fattal non ci consenta di ottenere un risultato accettabile. L'unico parametro da stabilire è "Bias" che andrà a influire sulla luminosità finale del risultato.

* ''Durand'': Un algoritmo abbastanza rapido, ma che difficilmente produce risultati interessanti. Di solito le parti luminose perdono dettagli e il risultato finale assomiglia molto ad una foto normale, più che a una HDR elaborata con tone mapping. "Spatial Kernel Sigma" non produce un reale impatto sul risultato finale, se non una leggerissima variazione di luminosità. Anche "Range Kernel Sigma" agisce sulla luminosità del risultato, ma in modo un po' più evidente. "Contrasto" ovviamente varia il contrasto dell'immagine finale.

* ''Reinhard '02'': Fornisce un risultato abbastanza buono, sebbene a volte un po' scuro e comunque poco contrastato. "Use Scales" se attivato consente di variare manualmente gli ultimi tre parametri. Il "Parametro Key" agisce sulla luminosità del risultato finale. Il "Phi" consente di ottenere un leggero risalto delle zone più scure dell'immagine. "Range", "Lower Scale" e "Upper Scale" hanno un impatto minimo sul risultato e difficilmente si notano differenze variando questi parametri.

* ''Reinhard '05'': Variante della formula precedente, che fornisce risultati più luminosi, ma con poca evidenza di dettagli. "Luminosità" consente di regolare la luminosità del risultato finale. "Chromatic Adaptation" varia la saturazione del colore per consentire risultati più realistici. Anche "Light Adaptation" agisce sulla luminosità finale riducendo anche il contrasto dell'immagine.

* ''Ashikhmin'': Fornisce risultati con contrasto molto basso e quindi immagini molto "piatte" e poco interessanti. "Simple" specifica al programma di regolare da solo gli altri parametri. Il risultato dipende dall'immagine che si vuole elaborare. "Numero Equazione" cambia la formula utilizzata e il tipo di contrasto risultante. "Local Contrast Threshold" consente di variare leggermente il contrasto del risultato, ma generalmente non è sufficiente per compensare l'immagine prodotta da questo algoritmo.

* ''Pattanaik'': Un altro algoritmo che fornisce risultati con pochi dettagli e un contrasto un po' basso. "Multiplier" varia l'intensità dell'applicazione della formula. Valori alti evidenziano qualche dettaglio in più rispetto ai valori bassi. "Local Tone Mapping" esegue i calcoli basandosi sulla luminosità locale dei punti dell'immagine. Il risultato è più chiaro, ma ancora meno contrastato. "Cone And Rod Based On Luminance" se è selezionato fa scegliere i due valori successivi al programma. "Cone Level" e "Rod Level" dovrebbero rappresentare i parametri relativi al comportamento degli occhi umani, per coni e bastoncelli. Purtroppo è molto difficile trovare dei valori accettabili e quindi è preferibile farli scegliere direttamente al programma.

== StoriaLimiti ==

'''Mantiuk '06''':

La realizzazione di foto in HDR richiede che il soggetto inquadrato sia statico, così come la fotocamera. Se l'apparecchio è in grado di realizzare sul momento la foto in HDR, possono verificarsi dei fenomeni di "''ghosting''" dovuti al movimento dell'inquadratura. Il problema è parzialmente aggirabile se le foto scattate richiedono poi il ''post-processing'' mediante applicativi dedicati, che il più delle volte tentano di allineare le foto. In altri casi, però, le varie foto "intermedie" devono essere allineate manualmente.

Questo algoritmo agisce sul contrasto dell'immagine, evidenziando i dettagli in tutte le zone, ma senza evidenziare aloni nelle zone con forti variazioni.

Il parametro "Contrast Equalization" consente di ottenere un'immagine più chiara, ma generalmente poco bilanciata nell'illuminazione, per cui è sconsigliato utilizzarlo.

Il "Contrast Factor" agisce sul contrasto, facendo diminuire le variazioni all'aumentare di questo valore.

Il "Saturation Factor" varia la saturazione del colore dell'immagine. Valori più elevati rafforzano il colore, ma se si esagera l'immagine risultante potrebbe risultare davvero poco realistica.

Il "Detail Factor" serve a specificare il livello di dettaglio. Aumentarlo significa evidenziare molti più dettagli, ma anche i disturbi presenti nell'immagine, quindi utilizzatelo con cautela.

== Evoluzioni future ==

'''Mantiuk '08''':

Normalmente sono necessarie almeno 2/3 foto con diverse esposizioni dello stesso soggetto per realizzare una foto in HDR. Ad oggi, è possibile ricreare tale tecnica in tempo reale con diversi smartphone di ultima generazione. Questa nuova tecnologia di HDR in tempo reale, seppur ancora acerba, offre buoni risultati e apre prospettive per i futuri sviluppi dell'HDR. Tra i principali utilizzatori di tale tecnologia vi sono Samsung (Rich Tone HDR), Google (HDR+) e Apple (Auto-HDR).

Questo algoritmo agisce invece sulla luminosità dell'immagine per rendere la curva il più compatibile possibile con il display utilizzato per la visione. Infatti il primo parametro da scegliere è proprio il tipo di display . Il risultato è più luminoso, ma meno contrastato rispetto alla formula di prima.

La "Saturazione Colore" agisce come nel caso precedente.

Il "Miglioramento Contrasto" fornisce un contrasto più accentuato all'aumentare del valore di questo parametro.

"Livello Luminanza" ci consente di aumentare ulteriormente la luminosità del risultato e può essere utile in caso di immagini estremamente scure.

Un'alternativa all'High Dynamic Range (classico o in tempo reale) è rappresentata dalla tecnologia '''DRO''' (''Dynamic Range Optimization''): la foto viene scattata in modalità automatica (o con regolazione EV) e successivamente ottimizzata via software. Nella maggior parte dei casi, vi è una compensazione chiaro-scuro ottimale che rende la foto simile ad una HDR. Poiché la compensazione avviene tramite software, però, tale tecnologia tende a produrre molto disturbo, soprattutto per quanto riguarda la compensazione delle aree più scure.

'''Fattal''':

Anche questa formula agisce sulla luminosità dell'immagine. È la formula che più di tutte riesce a visualizzare dettagli sia in ombra sia in piena luce, ma evidenzia anche in modo esagerato le forti variazioni di contrasto (generando aloni) e i disturbi presenti nell'immagine. Per un risultato più pulito i programmatori hanno deciso di variare leggermente la formula, rendendola però più complessa e quindi lunga da elaborare.

Da notare che quest'algoritmo dipende fortemente dalle dimensioni del risultato finale, per cui conviene utilizzare fin dall'inizio le dimensioni che si desiderano ed eventualmente fare le prove solo in una piccola zona per test rapidi, come descritto nell'articolo precedente.

"Alpha" agisce sulla luminosità globale dell'immagine.

"Beta" varia invece il livello di dettaglio del risultato finale. Vi consiglio di utilizzarlo farcendo piccole variazioni tra una prova e l'altra.

"Saturazione Colore" agisce come al solito sull'intensità del colore.

"Noise Reduction" consente di calare leggermente l'evidenziazione dei disturbi, ma a discapito della nitidezza dell'immagine finale.

"Vecchio Fattal" fa utilizzare al programma la formula originale. È leggermente più rapida, ma evidenzia maggiormente i disturbi.

'''Drago''':

Simile al Fattal, ma molto meno potente. In compenso è rapidissimo nell'esecuzione. Non evidenzia però i dettagli presenti nell'immagine. Si può utilizzare come sostituto del Fattal nel caso l'immagine da elaborare non contenga dettagli che vogliamo evidenziare, oppure nel caso l'immagine da elaborare contenga molti disturbi e quindi il Fattal non ci consenta di ottenere un risultato accettabile.

L'unico parametro da stabilire è "Bias" che andrà a influire sulla luminosità finale del risultato.

'''Durand''':

Un algoritmo abbastanza rapido, ma che difficilmente produce risultati interessanti. Di solito le parti luminose perdono dettagli e il risultato finale assomiglia molto ad una foto normale, più che a una HDR elaborata con tone mapping.

"Spatial Kernel Sigma" non produce un reale impatto sul risultato finale, se non una leggerissima variazione di luminosità.

Anche "Range Kernel Sigma" agisce sulla luminosità del risultato, ma in modo un po' più evidente.

"Contrasto" ovviamente varia il contrasto dell'immagine finale.

'''Reinhard '02''':

Fornisce un risultato abbastanza buono, sebbene a volte un po' scuro e comunque poco contrastato.

"Use Scales" se attivato consente di variare manualmente gli ultimi tre parametri.

Il "Parametro Key" agisce sulla luminosità del risultato finale.

Il "Phi" consente di ottenere un leggero risalto delle zone più scure dell'immagine.

"Range", "Lower Scale" e "Upper Scale" hanno un impatto minimo sul risultato e difficilmente si notano differenze variando questi parametri.

'''Reinhard '05''':

Variante della formula precedente, che fornisce risultati più luminosi, ma con poca evidenza di dettagli.

"Luminosità" consente di regolare la luminosità del risultato finale.

"Chromatic Adaptation" varia la saturazione del colore per consentire risultati più realistici.

Anche "Light Adaptation" agisce sulla luminosità finale riducendo anche il contrasto dell'immagine.

'''Ashikhmin''':

Fornisce risultati con contrasto molto basso e quindi immagini molto "piatte" e poco interessanti.

"Simple" specifica al programma di regolare da solo gli altri parametri. Il risultato dipende dall'immagine che si vuole elaborare.

"Numero Equazione" cambia la formula utilizzata e il tipo di contrasto risultante.

"Local Contrast Threshold" consente di variare leggermente il contrasto del risultato, ma generalmente non è sufficiente per compensare l'immagine prodotta da questo algoritmo.

'''Pattanaik''':

Un altro algoritmo che fornisce risultati con pochi dettagli e un contrasto un po' basso.

"Multiplier" varia l'intensità dell'applicazione della formula. Valori alti evidenziano qualche dettaglio in più rispetto ai valori bassi.

"Local Tone Mapping" esegui i calcoli basandosi sulla luminosità locale dei punti dell'immagine. Il risultato è più chiaro, ma ancora meno contrastato.

"Cone And Rod Based On Luminance" se è selezionato fa scegliere i due valori successivi al programma. Consiglio di tenerlo attivo.

"Cone Level" e "Rod Level" dovrebbero rappresentare i parametri relativi al comportamento dei nostri occhi, per coni e bastoncelli. Purtroppo è molto difficile trovare dei valori accettabili e quindi è preferibile farli scegliere direttamente al programma.

== Esempi ==

<gallery>

Image:Old saint pauls 2.jpg|La [[navata]] della Chiesachiesa di [[Old Saint Paul's]], a [[Wellington (Nuova Zelanda)|Wellington]], in [[Nuova Zelanda]].

Image:Grand Canyon HDR imaging.jpg|Il [[Grand Canyon]] in due differenti esposizioni possono essere combinate per rendere l'immagine visibile su un normale monitor.

Image:Sunset_hdr_combined.jpg|Un tramonto con la tecnica HDR.

Immagine:New York City at night HDR.jpg|Vista notturna [[New York]] fotografata con la tecnica HDR

Image:Santa Prisca HDR Photography Claudio Giovenzana www.longwalk.it.jpg|Chiesa di Santa Prisca a [[Taxco]] ([[Messico]])

Image:Turtle golfina escobilla oaxacaOaxaca mexicoMexico claudioClaudio giovenzanaGiovenzana 2010.jpg|Tartaruga al tramonto

Image:Turles nesting escobilla oxaca mexico claudio giovenzana 2010.jpg|Tartarughe al tramonto

Image:HDR ostrawa.jpg|Fabbrica di [[carbone]] ad [[Ostrava]] ([[Repubblica Ceca]])

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== Note ==

<references />

== Altri progetti ==

{{interprogetto|commons=category:Tone-mapped_HDR_images}}

== Voci correlate ==

* [[RGBE]]

* [[Fotografia digitale]]

* [[Luminance HDR]]

* [[High-dynamic-range video]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto|preposizione=sull'}}

== Collegamenti esterni ==

* [http://www.longwalk.it/hdr/fotografia-hdr Realizzazione HDR] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110302062438/http://www.longwalk.it/hdr/fotografia-hdr/ |date=2 marzo 2011 }} Video Tutorial, Esempi

* [httphttps://www.hdrlandflickr.com/groups/hdritalia HDRland,HDR galleriaitalia] fotograficaIl gruppo di questaflickr tecnicasulle ]immagini HDR

* [http://www.flickr.com/groups/hdritalia HDR italia] Il gruppo di flickr sulle immagini HDR

* {{en}} [http://www.hdrsoft.com/ Photomatix] Software HDR commerciale.

* {{en}} [http://qtpfsgui.sourceforge.net/ Luminance HDR/Qtpfsgui] Software [[open source]] ([[GNU General Public License|GPLv2]]) multipiattaforma per HDR.

* [http{{cita web|https://al-mondo.blogspot.com/2007/06/fotografia-hdr.html |Guida HDR in italiano]}}

* [http{{cita web|https://al-mondo.blogspot.com/2009/03/fotografia-hdr-video-tutorial-su-com.html |Video Tutorial su come creare Foto HDR]}}

*[ {{cita web|http://www.mora-foto.it/fotografia/fotografia_hdr.html |Analisi sull'HDR, tecniche e consigli.]}}

*[ {{cita web|http://www.mora-foto.it/altre_guide/guida_fdrtools.html |Realizzare HDR con FDR Tools, software gratuito.]}}

Fotografia:

* {{en}}cita [web|http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/high-dynamic-range.htm |High Dynamic Range (HDR) in fotografia]|lingua=en}}

* {{en}}cita [web|1=http://hdr.smart-tricks.com/2007/02/hdr-photo-archive.html |2=HDR Foto migliori]|lingua=en|accesso=17 marzo 2007|dataarchivio=1 aprile 2007|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20070401162515/http://hdr.smart-tricks.com/2007/02/hdr-photo-archive.html|urlmorto=sì}}

HDR Displays:

* {{en}}cita [web|1=http://www.oled-display.info |2=HDR Displays Infos (engl)]|lingua=en|accesso=9 settembre 2018|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20070322204720/http://www.oled-display.info/|dataarchivio=22 marzo 2007|urlmorto=sì}}

Esempi:

* {{en}}cita [web|http://www.hdrcreme.com |HDR Creme]|lingua=en}}

* [httphttps://www.flickr.com/search/?q=hdr Esempi] ([httphttps://www.flickr.com/search/?q=hdr&l=4 cc]) su [httphttps://www.flickr.com/ Flickr.com]

{{portale|fotografia|informatica}}

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[[Categoria:Tecniche fotografiche]]

[[Categoria:Computer grafica]]

{{Link VdQ|de}}